[发明专利]一种应用CuO/泡沫镍电极电催化氧化麦芽糖溶液构建麦芽糖燃料电池的方法

说明书

一种应用CuO/泡沫镍电极电催化氧化麦芽糖溶液构建麦芽糖燃料电池的方法。以CuO/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于麦芽糖溶液和支持电解质中，设置初始电位为‑0.2V，终止电位为1.2V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的10mm麦芽糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化麦芽糖溶液的控制过程进行分析。本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种基于泡沫镍/氧化铜复合电极(CuO/泡沫镍电极)在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转变为电能的发电装置。燃料电池有许多优点，由于它不受卡诺循环的限制，与传统的能量转换系统相比能量转换效率高，能量转化率最高可达到80％，燃料电池技术是当今能量转化率最高的化学发电技术之一。它一般用氢作燃料，氧气为氧化剂，而产物为水，因而对环境的污染很小。由于不同类型的燃料电池在不同场合的应用，使燃料电池有着广泛的用途。基于此，目前，世界上大量科研工作者致力于以葡萄糖为代表的直接糖类燃料电池的研究。因此，制备出具有较高催化活性以及较强稳定性的燃料电池阳极是加速促进燃料电池实现产业化的的关键。在现阶段，生物酶常用于葡萄糖的氧化，以制备出具有较好氧化活性的燃料电池阳极。然而，由于酶的耐受性不足，无法在强酸性或强碱性环境下存活，并且也无法提供稳定的电流，因而限制其在燃料电池方面的应用。

发明内容

本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

本发明以泡沫镍为基底，并在基底上利用电化学沉积法沉积纳米氧化铜颗粒，制备出CuO/泡沫镍电极。以CuO/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于以氢氧化钾溶液为电解质的麦芽糖溶液为燃料组合构建成为该燃料电池。将构建的CuO/泡沫镍阳极与阴极通过导线连接，插入的麦芽糖溶液中，自发反应氧化麦芽糖，实现生物质能向电能转化，阳极产生的电子通过导线传递到阴极上，将氧气还原成氢氧根离子,实现电能的存储。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

以CuO/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于麦芽糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.2V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的10mmol/L麦芽糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化麦芽糖溶液的控制过程进行分析。

进一步地，所述支持电解质为1mol/LKOH，pH为14。

进一步地，所述CuO/泡沫镍电极包括：泡沫镍为基底和导电层，纳米氧化铜颗粒为电化学沉积层，所述纳米氧化铜颗粒沉积在泡沫镍基底上。优选的，所述纳米氧化铜颗粒尺寸在5-10nm之间。纳米粒子太小，孔径就小，燃料难于扩散到催化剂活性位点上进行活化，若纳米粒子太大，孔径大，燃料数量多于催化剂内部活性位点的数量，不利于反应进一步进行，也不利于产物扩散出来，使电流降低，也就使功率降低，电池性能就非常差。

本发明开发的非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极。在燃料电池中，糖类燃料电池以廉价易得的糖类为燃料，燃料在常温常压下为液体，相比于其它燃料电池而言，具有安全可靠、能量密度高、操作温度低、无电解质腐烛等优点，此外，作为燃料的糖类来源广泛、廉价易得。而麦芽糖来源广泛，是可再生能源，所制燃料电池体积小巧，燃料利用便利，洁净环保。因此，糖类燃料电池的研究具有很大的应用潜力。